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极端环境隧道建造面临的主要问题及发展趋势 被引量:11
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作者 陈湘生 全昭熹 +2 位作者 陈一凡 沈翔 苏栋 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第3期401-432,I0005-I0036,共64页
聚焦艰险山区、深水海域与城市敏感区3类极端环境,全面梳理和总结了在此环境下隧道建造面临的主要问题、相关技术突破和未来发展趋势。针对艰险山区中极高地应力、高地温、高海拔以及活动断裂带等极端条件,总结分析围岩和隧道的变形机... 聚焦艰险山区、深水海域与城市敏感区3类极端环境,全面梳理和总结了在此环境下隧道建造面临的主要问题、相关技术突破和未来发展趋势。针对艰险山区中极高地应力、高地温、高海拔以及活动断裂带等极端条件,总结分析围岩和隧道的变形机制、破坏机制及防护措施,并指出未来可通过大数据、机器学习等手段建立更精准的预测模型,以实现隧道建造过程的实时监控和风险评估;针对深水海域中高水压、高烈度地震、强侵蚀环境等极端条件,分析多因素耦合下沉管法及盾构法隧道管片及接头的劣损和破坏机制,总结提升其力学和耐久性能的主要技术措施,并提出未来仍需针对海底隧道管片接头的防水、抗震及抗侵蚀性能开展更深入的研究,以形成完整的理论和技术体系;针对城市敏感区隧道穿越既有隧道、敏感建构筑物、地下障碍物等挑战,总结分析盾构法和顶管法施工环境响应规律、地层变形评估方法和控制技术措施,提出未来可采用机器学习等技术辅助隧道建设,以提升预测和控制的准确性,减小建设过程对城市环境的扰动。目前,相关研究成果为极端环境下的隧道工程建设提供了重要支撑,但部分技术仍需进一步在实践中完善并形成规范,以指导后续的工程建设;而随着新一代信息技术的发展,未来隧道建造必将朝着数字化、智能化、自动化的方向发展,从而保障极端环境下隧道建设的安全、绿色、高效。 展开更多
关键词 隧道 极端环境 艰险山区 深水海域 城市敏感区 施工技术
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基于随钻参数和掌子面图像信息融合的大断面隧道围岩智能分级模型
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作者 王明年 夏覃永 +2 位作者 林鹏 孙鸿强 易文豪 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第3期103-115,共13页
为在施工阶段快速、准确地判识隧道围岩级别,提出一种利用随钻参数和掌子面高清数码图像2类多源异构数据进行信息融合的围岩分级模型。以位于山区的2座钻爆法大断面隧道工程为背景,采集随钻参数和掌子面高清数码图像样本各807份,对2类... 为在施工阶段快速、准确地判识隧道围岩级别,提出一种利用随钻参数和掌子面高清数码图像2类多源异构数据进行信息融合的围岩分级模型。以位于山区的2座钻爆法大断面隧道工程为背景,采集随钻参数和掌子面高清数码图像样本各807份,对2类样本信息进行针对性处理;利用处理后的数据,基于随机森林模型和Inception-v3模型训练,分别建立随钻参数围岩智能分级模型和掌子面高清数码图像围岩智能分级模型;运用信息融合技术对2类数据进行特征融合,构建随钻参数和掌子面高清数码图像信息融合的围岩分级模型;依托背景工程对3种模型进行验证与对比。结果表明:在相同的样本条件下,融合分级模型的性能最好,准确率为94.48%,平均召回率为91.52%,平均精确率为91.13%,平衡F分数为91.20%;通过现场试验进一步对比3种模型在全新样本上的性能表现,融合分级模型准确率达到92.31%,已具有工程应用价值,能够实现对现场各掌子面随钻参数和掌子面图像的自动处理与信息提取,并对围岩级别做出智能判识。 展开更多
关键词 大断面隧道 围岩分级 随钻参数 掌子面高清数码图像 信息融合
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水电工程场外交通螺旋隧道横通道设计参数研究
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作者 王建 陈炜韬 +6 位作者 黄鹏 吴学智 于丽 王雪 刘媛 李俊麒 王松 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期186-198,共13页
为明确螺旋隧道横通道设计参数,采用资料调研、理论分析、数值模拟等方法,确定高原螺旋隧道内人员疏散速度计算公式和人员疏散时间预测方法,分析螺旋隧道内不同风速下横通道几何参数对人员疏散速度的影响,给出不同风速下满足人员安全疏... 为明确螺旋隧道横通道设计参数,采用资料调研、理论分析、数值模拟等方法,确定高原螺旋隧道内人员疏散速度计算公式和人员疏散时间预测方法,分析螺旋隧道内不同风速下横通道几何参数对人员疏散速度的影响,给出不同风速下满足人员安全疏散的横通道参数建议。结果表明:1)恐慌心理、火灾烟气、隧道照度、坡度和海拔因素对人员疏散速度有不同程度的影响,考虑多因素影响,建立高原地区大纵坡螺旋隧道人员疏散速度计算方法;2)基于分区疏散的思想,考虑火灾发生在车行横通道洞门口这一最不利情况,建立螺旋隧道非拥堵和拥堵情况下的人员疏散理论计算模型;3)基于性能化分析,考虑水电工程场外交通隧道人员疏散参数特性,明确横通道参数对人员疏散时间的影响,给出不同通风风速下横通道设计参数建议值。 展开更多
关键词 公路隧道 螺旋隧道 横通道设计 水电工程 坡度 曲线半径
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水下超大直径盾构联络通道建设方案对比研究——以广州海珠湾隧道工程为例 被引量:2
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作者 黄书华 郑镇跡 +4 位作者 盛健 谢典延 张良 陈湘生 苏栋 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S01期408-417,共10页
针对在越江海高水压水下超大直径盾构隧道联络通道施工过程中缺乏足够的工程技术标准和案例经验、设计与施工面临众多挑战问题,以广州海珠湾超大直径盾构隧道区间的6条联络通道工程为例,对工程地质补勘资料及现场施工情况进行分析,揭示... 针对在越江海高水压水下超大直径盾构隧道联络通道施工过程中缺乏足够的工程技术标准和案例经验、设计与施工面临众多挑战问题,以广州海珠湾超大直径盾构隧道区间的6条联络通道工程为例,对工程地质补勘资料及现场施工情况进行分析,揭示原矿山法设计施工方案存在的不足,并基于此提出“矿山法结合地层冻结加固方案”和“机械顶管法施工方案”2种优化方案;随后在安全性、经济性、施工工期等方面对不同工法进行综合优选分析,同时引入碳排放指标进行绿色低碳评估。研究结果表明:1)机械顶管法在安全性和施工效率上优于其他方案,能够显著缩短施工周期;2)相比矿山法结合地层冻结加固方案,机械顶管法方案碳排放量减少了2 747.51 t CO_(2e)。 展开更多
关键词 超大直径盾构 水下联络通道 地层冻结法 矿山法 机械顶管法 碳排放量计算 方案比选
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凝灰岩地层铁路隧道工程特性分析及对策研究
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作者 韩赟 王新东 贺思悦 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第2期51-56,共6页
研究目的:为保证凝灰岩地层隧道施工与运营期安全,采用现场取样进行室内试验研究了凝灰岩地层工程特性,结合在建西成铁路利仁隧道凝灰岩段施工期灾变情况,提出工程对策,并现场应用验证其效果,有利于明确凝灰岩地层对隧道影响,完善隧道... 研究目的:为保证凝灰岩地层隧道施工与运营期安全,采用现场取样进行室内试验研究了凝灰岩地层工程特性,结合在建西成铁路利仁隧道凝灰岩段施工期灾变情况,提出工程对策,并现场应用验证其效果,有利于明确凝灰岩地层对隧道影响,完善隧道设计理论。研究结论:(1)弱风化硬质凝灰岩呈凝灰质砂状结构,矿物组成以砂状矿物为主,岩石水稳性相对较好,以无膨胀性为主,不需要加强措施;强风化软质凝灰岩呈凝灰状结构,矿物组成以火山灰为主,蒙脱石等亲水性矿物含量高,水理特性明显,以中等-强膨胀性为主;(2)弱风化硬质凝灰岩强度较高,隧道掌子面自稳性较好,现场无相应段落灾变;强风化软质凝灰岩强度较低,甚至无法取样,为极软岩,隧道掌子面自稳性较差,现场有相应段落发生多次掌子面溜塌、初支侵限、喷混开裂及脱落,开挖后基底1~2 m凝灰岩崩解软化,需要加强措施;(3)采用工程类比法提出强风化软质凝灰岩段隧道工程对策:变形控制措施有加强超前支护、拱墙径向注浆、初支与二衬间设置缓冲层等,基底安全控制措施有钢管桩与隔水层等,现场试验表明采用上述工程对策控制变形效果显著;(4)本研究成果可为类似凝灰岩地层铁路隧道设计提供参考。 展开更多
关键词 铁路隧道 凝灰岩地层 工程特性 工程对策 膨胀岩
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基于岩石可钻性指标的钻爆法隧道掌子面岩石坚硬程度智能判识
6
作者 易文豪 夏覃永 +2 位作者 孙鸿强 何永义 王明年 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第2期128-139,共12页
岩石坚硬程度是影响岩体质量的主要因素,快速、便捷获取岩石坚硬程度是保障钻爆法隧道设计合理性和施工安全性的前提。为此,在我国西部山区的2座钻爆法隧道采集917份掌子面炮眼施作过程中形成的钻进参数和岩石坚硬程度样本数据;提出冲... 岩石坚硬程度是影响岩体质量的主要因素,快速、便捷获取岩石坚硬程度是保障钻爆法隧道设计合理性和施工安全性的前提。为此,在我国西部山区的2座钻爆法隧道采集917份掌子面炮眼施作过程中形成的钻进参数和岩石坚硬程度样本数据;提出冲击回转式钻机钻孔过程中岩石可钻性指标计算方法,并构建隧道掌子面钻进参数特征体系和样本数据库;采用堆叠泛化集成学习算法,以支持向量机、极限树和随机森林算法为基学习器,决策树为元学习器,分别构建基于4项原始钻进参数和基于54项掌子面钻进参数特征体系的岩石坚硬程度智能判识模型;以准确率、精确率、召回率、平衡F分数(F1)作为模型评价指标,现场验证模型性能。结果表明:基于54项掌子面钻进参数特征体系的岩石坚硬程度智能判识模型性能较优;在预测集中,该模型的准确率为92.35%、召回率为92.01%、精确率为92.90%、F1值为92.45%;在现场验证过程中,该模型准确率为91.23%、召回率为91.11%、精确率为92.18%、F1值为91.64%。 展开更多
关键词 掌子面 岩石坚硬程度 钻进参数 岩石可钻性指标 集成学习
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基于多元地质信息的钻爆法隧道围岩级别智能判识及软件系统
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作者 王明年 童建军 +1 位作者 易文豪 彭鑫 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第12期2451-2468,I0053-I0070,共36页
为提升施工阶段围岩级别判识的智能化水平,提升围岩级别智能判识的准确性,提出一种基于多元地质信息和信息融合的围岩级别智能判识方法,并开发基于多元地质信息的钻爆法隧道围岩级别智能判识软件系统,实现隧道工程多元信息的自动采集和... 为提升施工阶段围岩级别判识的智能化水平,提升围岩级别智能判识的准确性,提出一种基于多元地质信息和信息融合的围岩级别智能判识方法,并开发基于多元地质信息的钻爆法隧道围岩级别智能判识软件系统,实现隧道工程多元信息的自动采集和围岩级别自动化判识。依托我国西部山区隧道工程,采集随钻参数、掌子面高清数码图像、超前地质预报信息、地勘信息等4项多元地质信息,开展数据标准化、结构化处理及特征提取,构建基于多元地质信息的围岩级别智能判识模型,共判定844个断面的围岩级别,模型平均准确率达到95.45%,平均精确率为95.05%,平均召回率为93.25%,平均F_(1)分数为94.14%,对软硬不均及局部破碎围岩具有较好的识别效果。 展开更多
关键词 钻爆法隧道 多元地质信息 围岩级别 智能判识 图像识别 信息融合
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富水砂化白云岩地层隧道灾变成因及其对策
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作者 王志杰 姜逸帆 +4 位作者 鲜一丁 齐永立 李金宜 张慧玲 周平 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第5期56-61,共6页
研究目的:白云岩砂化作为一种特殊岩溶现象,富水环境下具有强致灾性。为了揭示富水砂化白云岩地层隧道突涌致灾成因,提供控制对策,本文以成昆铁路扩能工程峨眉至米易段吉新隧道为依托工程,对隧道突涌事故进行调研,结合区域地质、室内微... 研究目的:白云岩砂化作为一种特殊岩溶现象,富水环境下具有强致灾性。为了揭示富水砂化白云岩地层隧道突涌致灾成因,提供控制对策,本文以成昆铁路扩能工程峨眉至米易段吉新隧道为依托工程,对隧道突涌事故进行调研,结合区域地质、室内微观观测手段以及物理力学试验,对白云岩砂化成因进行分析,总结砂化白云岩灾变模式与致灾成因,并提出控制措施。研究结论:(1)区域白云岩砂化机制为渗透-溶蚀分解-机械崩解型,地层中分布的富水砂化囊体是造成隧道突涌的灾害源;(2)砂化白云岩以细颗粒为主,均匀性差,遇水抗剪强度显著衰减,隧道突涌破坏模式可以分为揭示渗透破坏型突涌、渐进破坏型突涌与间歇型突涌;(3)提出灾害源识别、灾害源释水降压、灾害源加固、低扰动开挖的施工控制对策;(4)本研究成果可应用于砂化白云岩地层隧道突水突泥灾害的治理。 展开更多
关键词 富水砂化白云岩地层 突水涌砂 灾变成因 控制措施
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基于钻进参数和岩性的钻爆法隧道围岩智能分级模型 被引量:1
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作者 夏覃永 王明年 +2 位作者 孙鸿强 林鹏 赵思光 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第7期1410-1421,共12页
为进一步提高基于钻进参数的围岩智能分级模型判识准确率,引入围岩岩性作为已知条件,对不同岩性分别建立基于钻进参数的围岩智能分级模型。首先,依托宜兴高铁、郑万高铁隧道工程中凿岩台车采集到的钻进参数,将其根据围岩岩性划分为白云... 为进一步提高基于钻进参数的围岩智能分级模型判识准确率,引入围岩岩性作为已知条件,对不同岩性分别建立基于钻进参数的围岩智能分级模型。首先,依托宜兴高铁、郑万高铁隧道工程中凿岩台车采集到的钻进参数,将其根据围岩岩性划分为白云岩、花岗闪长岩、灰岩、砂岩、页岩5类子数据集;然后,进行数据清洗、特征提取,对各子数据集及原始数据集按照4∶1的比例拆分为训练集和测试集,分别以提取的特征和原始特征均值2类特征集合作为输入;最后,使用机器学习随机森林算法建立5个基于钻进参数和岩性的围岩智能分级模型以及基于钻进参数的围岩智能分级模型,评估每个模型的泛化性能。结果显示:1)以提取特征集合为输入的白云岩、花岗闪长岩、灰岩、砂岩、页岩5种围岩智能分级模型在测试集上的准确率分别为85.48%、92.16%、88.62%、85.00%、89.47%,不考虑岩性的围岩智能分级模型的测试集准确率为84.91%。2)相比不考虑岩性的围岩智能分级模型,基于钻进参数和岩性的围岩智能分级模型测试集准确率提高0.09%~7.25%;相比不进行钻进参数特征提取,围岩智能分级模型准确率提升1.61%~13.82%。由此表明:进行钻进参数特征提取能够有效提升围岩智能分级模型的准确率;相比不考虑岩性的围岩智能分级模型,考虑岩性的围岩智能分级模型稳定性提高,模型的泛化能力提升。 展开更多
关键词 隧道工程 围岩智能分级 随机森林算法 钻进参数 特征提取 岩性
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基于隧道风管破损等级的百米漏风率预测方法
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作者 于丽 周振宇 +2 位作者 路明 唐永红 郭晓晗 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第2期119-127,共9页
采用理论推导、数值模拟和现场实测等方法,研究并提出隧道风管百米漏风率预测方法。首先,通过理论推导建立风管漏风分段递推算法;然后,通过数值模拟对算法进行验证,并通过多元非线性回归得到风管百米漏风率的预测计算式;最后,基于15座... 采用理论推导、数值模拟和现场实测等方法,研究并提出隧道风管百米漏风率预测方法。首先,通过理论推导建立风管漏风分段递推算法;然后,通过数值模拟对算法进行验证,并通过多元非线性回归得到风管百米漏风率的预测计算式;最后,基于15座在建隧道中21个工区的现场实测结果,将隧道风管按破损程度分为4个等级,给出不同破损等级下隧道风管有效漏风面积比的推荐取值,并结合实测结果对预测方法进行验证。结果表明:平原地区隧道风管百米漏风率的主要影响因素为风管直径、开孔面积、通风距离和摩擦阻力系数,影响程度依次递减;对于统计集中的17根风管,若按照规范百米漏风率1%进行控制,则Ⅰ—Ⅳ级风管的有效漏风面积比需分别减少27%,52%,83%和88%,才能满足规范要求;所选验证集和其他文献中6根风管的百米漏风率预测值与现场实测值间平均误差为4.9%,两者基本相符,验证了所提预测方法的可靠性。 展开更多
关键词 隧道风管 百米漏风率 破损等级 预测方法 现场实测
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自然风对竖井排烟特长公路隧道火灾烟气扩散特性的影响 被引量:1
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作者 陈利 刘兵 +3 位作者 曹志 陈佳佳 张恒 张志强 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第2期315-323,共9页
为探明隧道内自然风对火灾烟气扩散特性的影响,为隧道火灾的通风与排烟系统优化提供科学依据,对云山特长公路隧道洞内自然风进行现场监测,得到洞内自然风分布规律。采用数值模拟方法,建立竖井排烟作用下三维火灾动力学模型,对同向及反... 为探明隧道内自然风对火灾烟气扩散特性的影响,为隧道火灾的通风与排烟系统优化提供科学依据,对云山特长公路隧道洞内自然风进行现场监测,得到洞内自然风分布规律。采用数值模拟方法,建立竖井排烟作用下三维火灾动力学模型,对同向及反向自然风影响下隧道温度场及烟气场进行分析,结果表明:1)该隧道所处环境的温度能够维持隧道内外相对较大且稳定的热位差,有利于形成自然风,最大自然风速可达5.0 m/s以上。2)在纵向风速3.0 m/s时,同向自然风会扩大隧道温升范围,火源与排烟口之间隧道下部区域温度较低。3)反向自然风会抑制高温场的扩散,且火源与排烟口之间温度随自然风速的增大而升高。4)当隧道内同向自然风速不超过2.5 m/s时火源与排烟口之间烟气质量分数最大,隧道上部空间烟气质量分数大于下部空间。5)当同向自然风速大于3.5 m/s时,下游烟气层结构被破坏,烟气在纵断面内均匀分布。6)反向自然风有利于限制烟气向排烟口下游蔓延,随着自然风的增大,排烟口下游烟气蔓延长度逐渐减小且趋于恒定。7)隧道内同向及反向自然风均会使排烟效率降低,相比无自然风条件,4.0 m/s的同向及反向自然风使竖井排烟效率分别降低22.43%、21.55%,同向自然风对竖井排烟效率的影响程度大于反向自然风。 展开更多
关键词 特长公路隧道 自然风 隧道火灾 竖井排烟 烟气蔓延 现场测试 数值模拟
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高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响:以玉龙雪山隧道工程为例 被引量:2
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作者 马建华 尤著刚 +5 位作者 王化武 雷飞 胡雯杰 胡自强 杨刚铭 郝艳妲 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第10期4265-4275,共11页
为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,探明主洞与平导间最优间距。研究... 为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,探明主洞与平导间最优间距。研究结果表明:主洞开挖过程中,当掌子面超过监测面3.63倍主洞宽度的距离后,监测面拱顶沉降、上收敛、中收敛和下收敛值占最终变形值的80%以上,围岩变形稳定后上收敛值和中收敛值均大于拱顶沉降;平导超前开挖可有效改善主洞围岩应力环境,主洞与平导间距较大时,围岩应力改善效果不佳,随着二者间距逐渐减小,围岩应力改善效果逐渐增强,但主洞与平导间距过小时,二者开挖产生的塑性区会贯通,综合考虑,确定主洞与导洞最优间距为3.5倍导洞宽度;主洞拱顶沉降值和仰拱隆起值随着主洞与平导间距的减小而增大,左右拱腰水平位移值随着主洞与平导间距的减小先减小后增大。 展开更多
关键词 应力释放 最优间距 超前平行导洞 塑性区 现场监测
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渝湘高铁重庆长江隧道方案设计与关键技术研究
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作者 陶伟明 陈杨 +3 位作者 蒲松 曹林卫 刘保林 旷文涛 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第6期1219-1228,共10页
针对山地城市环境下过江隧道建设面临的地形高差悬殊、地质复杂、城市建筑密集等挑战,以渝湘高铁重庆长江隧道为依托,结合工程地形地貌、水文地质及城市环境特征,通过多维度技术比选与创新设计,对线路敷设方案、隧道分合修、盾构选型、... 针对山地城市环境下过江隧道建设面临的地形高差悬殊、地质复杂、城市建筑密集等挑战,以渝湘高铁重庆长江隧道为依托,结合工程地形地貌、水文地质及城市环境特征,通过多维度技术比选与创新设计,对线路敷设方案、隧道分合修、盾构选型、施工组织方案、运营排水、养护通风等开展系统研究,形成适应于山地城市特点的过江隧道关键技术集成体系。研究表明:1)采用泥水平衡盾构可有效应对0.9 MPa高水压及砂岩-泥岩互层地质条件,避免喷涌风险并提升掘进效率;2)施工工艺上首次提出盾构洞内组装始发及接收拆解技术,利用85 m长组装洞和40 m长拆解洞完成盾构洞内的始发与接收,规避了传统超深竖井方案施工风险高、城市干扰大的难题;3)隧道断面采用蘑菇形结构,通过多分部开挖与肋板式锚杆挡墙叠合支护,确保了613 m 2超大断面隧洞的稳定施工;4)提出分段运营排水系统与轨下廊道通风方案,结合泥浆航运弃渣模式,解决了高水压渗流与城区环保难题。工程实践表明,上述技术集成体系显著降低了山地城市环境下过江隧道的施工风险与城市影响,提升了隧道建设质量与效率。 展开更多
关键词 山地城市环境 过江隧道 线路方案 盾构选型 盾构洞内组装(拆解) 蘑菇形断面
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超大直径隧道机械法横通道施工下的结构响应
14
作者 郑镇跡 谢典延 +2 位作者 邱桐 苏栋 陈湘生 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第7期3194-3207,共14页
为揭示机械法横通道施工全过程对超大直径盾构隧道结构的力学扰动机制,以广州海珠湾隧道区间横通道工程为例,详细介绍国内首个机械法横通道与超大直径盾构主隧道同步施工的工艺设计。在此基础上,进一步建立精细化的三维仿真模型并结合... 为揭示机械法横通道施工全过程对超大直径盾构隧道结构的力学扰动机制,以广州海珠湾隧道区间横通道工程为例,详细介绍国内首个机械法横通道与超大直径盾构主隧道同步施工的工艺设计。在此基础上,进一步建立精细化的三维仿真模型并结合现场实测数据验证,深入分析横通道机械顶管法施工全过程对超大直径盾构隧道结构体系的力学扰动特性。研究结果表明:预制箱涵在顶进过程中产生了向靠背侧3.1 mm的水平附加变形;破洞后,钢套筒在洞门上下全切环与两侧半切环接缝处出现局部应力集中,最大应力达266.3 MPa;施工过程中,主隧道管片受力和变形均表现出显著的阶段性变化:顶切阶段,反力架上部传力构件处管片出现约3.06 MPa的局部拉应力,同时该处正弯矩增至670.9 kN·m;破洞及拆撑完成后,洞门两侧应力集中现象明显,最大压应力增至22.91 MPa。此外,切削侧负弯矩减少54.1%;施工过程中,全切环管片轴力逐步下降,最终拱顶轴力损失46.3%、切削侧几乎降至0,而半切环拱顶和拱腰轴力却增加20.85%和36.5%;通道破洞施工导致主隧道各部位变形增大,拱顶变形增幅为26.7%~50.1%,而靠背侧及切削侧分别增大11.9%~43.6%、28.1%~65.9%。研究结果为理解机械顶管法横通道施工对超大直径盾构隧道的影响机理提供重要的依据,并为今后同类工程的设计与施工提供参考。 展开更多
关键词 超大直径 盾构隧道 机械法 横通道 结构响应
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大纵坡小半径螺旋公路隧道几何参数探讨
15
作者 王建 陈炜韬 +6 位作者 黄鹏 张立祥 于丽 王雪 刘媛 李俊麒 王松 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第S1期193-207,共15页
合理的螺旋隧道几何设计参数选取对保证行车安全至关重要。采用资料调研、理论分析等方法,明确隧道线形与事故率关系,研究隧道坡度、坡长和曲率半径的影响因素,分析不同影响因素下的隧道坡度、坡长阈值,并给出大纵坡小半径螺旋隧道的几... 合理的螺旋隧道几何设计参数选取对保证行车安全至关重要。采用资料调研、理论分析等方法,明确隧道线形与事故率关系,研究隧道坡度、坡长和曲率半径的影响因素,分析不同影响因素下的隧道坡度、坡长阈值,并给出大纵坡小半径螺旋隧道的几何设计建议值。结果表明:1)在纵坡相同情况下,下坡路段比上坡路段更危险,事故率更高;在同一坡度下,货车受到坡长的影响更大,当隧道曲率半径小于400~600 m时,事故率急速上升。2)隧道坡度的影响因素主要包括机车爬坡性能、爬坡平衡速度、车辆容许爬坡速度和运营通风,坡长的影响因素主要为制动装置温度,曲率半径的影响因素主要包括汽车灯光散射角、视距、横坡、驾驶安全和运营通风。3)基于机车爬坡性能、爬坡平衡速度、车辆容许爬坡速度、运营通风因素,明确大纵坡小半径螺旋隧道的纵坡坡度阈值;以刹车轮毂温度200℃作为控制基准,同时结合安全评价准则,给出不同坡度和设计速度下的隧道坡长阈值;基于汽车灯光散射角、隧道内的行车视距、隧道内横坡等影响因素,得到大纵坡小半径螺旋隧道的半径阈值。4)根据隧道坡度、坡长、曲线半径阈值,给出隧道可采用的最大纵坡和不同纵坡下的设计速度以及大纵坡小半径螺旋隧道的几何设计建议值。 展开更多
关键词 螺旋公路隧道 线性设计 坡度 坡长 曲线半径 几何参数设计
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双线隧道地层顺次冻结流热耦合分析
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作者 胥明 陈星 +3 位作者 张慧鹏 夏明 张康健 张志强 《人民长江》 北大核心 2025年第1期164-172,共9页
人工冻结法具有隔水性能好、冻结地层强度高、施工地层适应性强等特点,被广泛运用到富水地层施工中,而地下水流动会对冻结温度场产生重要影响。依托一并行隧道顺序冻结工程,开展了冻结温度场现场监测。同时建立流热耦合数值模型,研究地... 人工冻结法具有隔水性能好、冻结地层强度高、施工地层适应性强等特点,被广泛运用到富水地层施工中,而地下水流动会对冻结温度场产生重要影响。依托一并行隧道顺序冻结工程,开展了冻结温度场现场监测。同时建立流热耦合数值模型,研究地下水渗流速度对近距离并行隧道顺序冻结温度场发展的影响。结果表明:(1)各测温孔监测数据与数值模型模拟结果一致,数值模型具有一定可靠性。(2)处于渗流区上游的冻结管会降低地下水温度,冷量随水流动被携带至下游地层。上游左线冻结壁的形成会降低下游右线地层的地下水流速。(3)单线冻结管圈首先于上侧、下侧和处于下游的右侧形成局部冻结体,局部冻结体逐渐扩展,最后于左侧管圈处实现完全交圈。(4)当地下水渗流速度大于1.0 m/d后,左右两线交圈时间差随渗流速度的增加而增加。(5)在有地下水渗流的地层中进行顺序冻结法施工,应优先进行上游处冻结施工,可有效提高施工效率。 展开更多
关键词 地层冻结 人工冻结法 流热耦合数值模型 冻结温度场 渗流速度 地下水
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高地应力软弱地层TBM隧道新型预应力管-索支护结构
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作者 何骏扬 毕浪 +5 位作者 余涛 范磊 文建华 王建锋 姚志刚 方勇 《铁道建筑》 北大核心 2025年第6期114-120,共7页
受开挖空间限制,高地应力软弱围岩地层的围岩稳定性控制是TBM(Tunnel Boring Machine)隧道施工中的重要挑战。本文以高黎贡山隧道工程为背景,通过理论分析、数值模拟分析了在软弱围岩条件下,新型预应力管-索支护结构在TBM隧道中的应用... 受开挖空间限制,高地应力软弱围岩地层的围岩稳定性控制是TBM(Tunnel Boring Machine)隧道施工中的重要挑战。本文以高黎贡山隧道工程为背景,通过理论分析、数值模拟分析了在软弱围岩条件下,新型预应力管-索支护结构在TBM隧道中的应用效果。结果表明,预应力管-索支护结构能够形成双层预应力承载拱,充分发挥主动支护和被动支护作用,进而有效降低软弱围岩变形。正交试验表明,施加在管-索结构上的预应力对隧道稳定性影响最大,杆件长度、支护间距、支护范围的影响依次减弱。通过单因素试验发现,在高地应力软弱围岩条件下,相较于无锚杆支护和有锚杆支护两种工况,预应力管-索支护时的拱顶位移分别减小约61%和37%。当依托工程管-索结构预应力为150 kN、管-索间距为0.8 m、拱顶支护范围在180°时,既能起到较好的支护效果,又能很好地控制工程成本。 展开更多
关键词 高地应力软弱地层 TBM隧道 管-索支护结构 数值模拟 正交试验 单因素试验
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强挤压碎裂围岩隧道掌子面失稳机制与控制措施
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作者 符亚鹏 《铁道建筑》 北大核心 2025年第3期79-86,共8页
以西宁—成都铁路隧道穿越强挤压碎裂围岩而引发围岩大变形问题为研究背景,基于区域地质调查结果,采用离散元-有限元耦合模拟方法,研究了强挤压碎裂围岩隧道灾害发生机制与有效控制措施。结果表明:水平构造应力为主的地应力环境与强风... 以西宁—成都铁路隧道穿越强挤压碎裂围岩而引发围岩大变形问题为研究背景,基于区域地质调查结果,采用离散元-有限元耦合模拟方法,研究了强挤压碎裂围岩隧道灾害发生机制与有效控制措施。结果表明:水平构造应力为主的地应力环境与强风化地层的低强度应力比是隧道产生水平挤压大变形的内因。隧道结构变形以水平变形与仰拱隆起为主,掌子面受围岩变形卸荷作用,力链与黏结能力下降使得掌子面土体难以自稳而溜坍。交叉中隔壁法+加强初期支护+超前小导管注浆+洞周径向注浆的主被动结合的控制措施可以有效抵抗水平挤压作用,可将隧道沉降变形降低37.3%,水平收敛变形降低58.5%,并且有效控制掌子面溜坍规模。 展开更多
关键词 铁路隧道 控制措施 数值模拟 强挤压碎裂围岩 变形特征 掌子面失稳
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基于分布式声波光纤传感技术的岩土勘察方法研究
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作者 洪成雨 周子平 +3 位作者 娄在明 郭震 谭俊卿 苏栋 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期171-178,共8页
为解决城市地铁盾构穿越不良地质勘探时的范围大、精细化困难等问题,依托惠深城际铁路工程,采用分布式声波光纤传感(distributed acoustic sensor,DAS)技术开展城市地下不良地质体大范围、高精度勘探方法研究。首先,研究背景噪声扩展空... 为解决城市地铁盾构穿越不良地质勘探时的范围大、精细化困难等问题,依托惠深城际铁路工程,采用分布式声波光纤传感(distributed acoustic sensor,DAS)技术开展城市地下不良地质体大范围、高精度勘探方法研究。首先,研究背景噪声扩展空间自相关(extended spatial auto correlation,ESPAC)法对地下岩土体信息的反演成像理论方法,通过建立声波光纤动应变与地下剪切波速度场的关联性反演地下岩土体信息及赋存溶洞的位置与规模;然后,结合现场钻孔勘探与电磁波扫描获取的岩土体信息进行系统的对比验证。研究表明:DAS-ESPAC法清晰反演了地下40 m深范围内剪切波速场的分布特征,基于剪切波速场分布进一步反演了地下岩土体分层、类型、规模及空间分布,探明了粉质黏土与灰岩的分界界面,对于溶洞规模与分布反演误差达到1 m级,相关的勘探信息与钻探详勘数据、补勘数据、地球物理勘探数据吻合较好。 展开更多
关键词 分布式声波光纤传感技术 扩展空间自相关法 盾构隧道 地质勘察 地层信息 溶洞
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寒区隧道半椭圆形局部积水空间的冻胀力解析
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作者 张康健 张志强 +1 位作者 朱星宇 王珣 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第16期6922-6932,共11页
寒区隧道衬砌背后空洞中的积水在低温条件下冻结会产生局部冻胀力。假设隧道衬砌背后空洞为半椭圆形空间,将冻胀过程中围岩-冰体-衬砌间的相互作用简化为串联弹簧,推导半椭圆形积水空间局部冻胀力解析解,建立三维数值模型验证了该解析... 寒区隧道衬砌背后空洞中的积水在低温条件下冻结会产生局部冻胀力。假设隧道衬砌背后空洞为半椭圆形空间,将冻胀过程中围岩-冰体-衬砌间的相互作用简化为串联弹簧,推导半椭圆形积水空间局部冻胀力解析解,建立三维数值模型验证了该解析解的有效性。进一步研究局部积水冻胀力和围岩级别、衬砌刚度、积水深度、冻胀率的关系,分析冻胀位置对衬砌结构力学特征的影响。结果表明:寒区隧道局部积水冻胀力与围岩级别负相关,与衬砌刚性、积水深度、冻胀率均正相关。各因素对冻胀力的影响程度为:积水深度>衬砌刚度>围岩级别>冻胀率。积水冻胀对衬砌结构的影响主要发生在冰体和衬砌接触区域,导致隧道向内侧收敛变形。当积水空间位于仰拱处时衬砌主应力最大,位于拱脚处时衬砌主应力最小。在局部冻胀作用下衬砌结构弯矩和轴力出现突变,表现为临空侧受拉区衬砌的弯矩增大、轴力减小,围岩侧受拉区衬砌的弯矩减小,轴力减小。衬砌不同部位的刚度差异导致冻胀力对结构安全产生不同的影响。冻胀位置对结构安全影响程度为:拱顶>仰拱>拱肩>拱脚>墙脚。 展开更多
关键词 寒区隧道 半椭圆形积水空间 冻胀力 衬砌结构
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